Chỉnh định bộ điều khiển phân ly bằng phương pháp Momi

Nqtilen cuu & Trao d 6 i \ CHINH DjNH BO DIEU KHIEN P H A N LY BANG PHUONG PHAP MOMI DAMIRVRANCIC Bo mon Dieu khien va Tu dong hoa - Vien Jozet Stefan, Slovenia Phan Ion cac phiromg phap chinh djnh bo dieu chinh PI da bien hien nay deu yeu cau phai co duoc mo hinh qua trinh t o t thi moi c6 kha nang cho ket qua nhu mong muon. Viec mo hinh hoa va nhan dang cac mo hinh qua trinh mot each chinh xac thudng chiem rat nhieu thdi gian va can phai thuc hien cac t h u nghiem tren pham vi rong. Trong bai bao nay, chiing toi se gidi thieu mot phuong phap mdi ve nhan dang tham so cua mo hinh qua trinh dua tren viec tich hgp nhieu dap ung budc nhay. Phuong phap nay da chimg td su thanh cong trong viec nhan dang tham so cho bo dieu chinh phan ly. Cac thi nghiem thuc hien tren hai md hinh qua trinh cho thay phuong phap nay cho ket qua chinh djnh tot hon cac phuong phap chinh djnh thdng thudng khac. TOng quan Rat nhieu he thong trong hoa chat va trong cac qua trinh cdng nghiep la cac he da bien. Trong phan Ion cac he thong d6, sii tac dpng xen kenh giiia dau ^ -rO 4 • vao va dau ra thutjng la thap, do vay c6 the su dung cac bp dieu khien don bien (SISO) thong thudng. Tuy nhien neu mpt he thong 6a bien ton tai su xen kenh manh giua dau vao va (3au ra.ta se phai sir dung bp dieu khien da bien de co the dat dupe dap ung mong muon. w. ^ '<> Co hai bp dieu khien thong ditng la bp dieu khien controller process da bien (Hinh 1) va bp dieu khien phan ly (Hinh 2). Cac bp dieu khien nay thuang bao gom cac thanh Hinfi 1. Qua trinti da bien (TITO) va bq dieu chinh da phan PI hoac PID nen cau true CLJa n6 kha 6an gian bien va cung cap kha nang thoa hiep giua dap ung va tinh ben vung. Mpt vai huang tiep can gan day c6 xu huang lam ^ • cho cac buac chinh dinh trd nen dan gian va than - ^ ^ SSL—^ thien han. Wang va dong su [10] da de xuat mpt phuang phap \u chinh cho bp dieu khien PID da bien dua tren kich thich ra le. Mo hinh qua trinh cti dupe tu dac tinh tan so tai hai diem b4ng each su dung phan hoi ra le eo bias. Cac tham so bp dieu V, * chinh PID da bien duac tinh toan dua tren viec lua ^ >6 ^ J^ chpn he so khueeh dai va pha. Wang ya dong su controller process [11] da giai thieu mpt huang tiep can de ehinh dinh cac vong dieu chi'nh cua he thong co hai vao - hai ra Hinh 2. Qua trinh da bien (TITO) va bq dieu chinh (TITO) b§ng each su dijng bp dieu khien phan ly. phan ly (Bq dieu chinh la c, va C2, bq phan ly la d, Viee chinh dinh bp dieu chinh va bp phan ly dupe va d2) T j dong hoa ngay nay 45 so 6 (82) 2007 Nghien ciju & Trao doi dt/a tren cac mo hinh bac 1 va bac 2 co tre co duac tii Va khi dd trong phan Idn cac trudng hop, chijng ta chi co cac dap iing buoc nhay cua qua trinh. Bang phuang the su dung cac phep do dan gian nhu dap iing budc phap nay chung ta se phai xac dinh he so khueeh dai, nhay eua qua trinh. Trong trudng hap dd viec chinh dinh pha va tham so chinh dinh ket hap. bd dieu khien phan ly cd the thay doi cho phu hpp. Viec Gan day, mpt phuang phap mai de chinh dinh cho nay ed the duac thue hien bang each su dung phuang cac qua trinh da bien dua tren viec tich hop nhieu dap phap tich phan nhieu lan [5,6] de tinh toan cac tham so ij'ng cua qua trinh da duac phat trien va nghien cuu md hinh bd phan ly (d^ va d2) va phuang phap chinh dinh rpng rai [7]. Y tuang chinh cCia phuang phap do MOMI (Magnitude - Optimum - Multiple - Integration) de Lieslefito [3] de xua't la dan gian hoa cac thij tuc tinh chinh dinh tham sd bd dieu ehinh c^ va e2. toan tham so cho bp dieu chinh PI da bien. Cu the la viec mo hinh hoa va nhan dang qua trinli duac thay the Chinh dmh tham sd bp didu Khi6n phan ly bang each thue hien tich hap nhieu lan thay ddi trang Cac tham sd sau (Ao..A|^) cd the dupe tinh toan bang thai xac lap ciJa qua trinh. Do vay viec tinh toan tham each tich phan dap ung budc nhay vdng hd cua qua sd cua cac qua trinh da bien duac dua tren nhieu thanh trinh (y(t)), sau khi thay luang thay ddi cua budc nhay phan tich phan thay vi theo cac tham sd cua ham AU vao dau vao cua qua trinh tai t = 0 [5,8] ta cd: truyen. Viec tinh toan tham sd nay la dan gian han rat nhieu vi nd cd the su dtjng ket qua CLia nhieu kieu thay !.(:/:) ddi vdng hd trang thai xac lap eija qua trinh. (4) Trong bai bao nay, phuang phap dupe md rdng cho bo dieu khien phan ly. L/u diem CLia viec su dung bd dieu khien phan ly so vdi bd dieu khien da bien PI la viee phan ly va viec chinh dinh duac tach ra thanh hai nhiem vu Trong dd: rieng biet. Do vay viec tinh toan cac tham sd cho bd dieu khien phan ly trd nen minh bach han va trong mdt sd i.ifi = l|r)-,ini trudng hop viec phan ly cho hieu qua tdt han. (5) Bo di6u khj6n phan ly 1 J r i = I [.i;_. -y;_,irli<-(r Hinh 2 md ta mdt he thdng da bien dan gian cd hai vao - hai ra, mdt bd dieu khien phan ly bao gdm hai bd dieu chinh SISO (c^ va C2) va hai bd phan ly (d., va d^). AQ la he sd khueeh dai tinh cua qua trinh. Muc tieu dieu khien dau tien la phan ly he da bien Neu cd the nhan dang duac qua trinh va nd cd ham bang cac bd phan ly di va 62- Mue tieu nay cd the dupe truyen nhu sau: thuc hien bang each chpn eac ham truyen cho bd phan ly nhu sau: G^\s}=K,, '• -^ '^ c-'- (6) 1 -1- (7• y - r?. s ' + — - a „ . ? ' ' ' (•) Thi ta ed the tinh toan cac tham sd dua tren cac rf ls) = f;.,(5 I (1) tham sd cua dae tinh [5,6] nhu sau: -J-, =A.- , -l-ii = -ii=^P?.^'h-h-T.,:) Neu bieu thuc (1) la dung, tac ddng cheo giua dau vao Vi va V2 va dau ra y^ va y2 se khdng tdn tai. Trong I ?i I (7) trudng hpp nay dau ra cua qua trinh la: - , T,..'b.. V (:i=r,lslg.fvlr,(sl (2) y , f j i = C-.I.S )g,i': k',(>) Trong dd: Cac tham so (7) cung cd the duac do trong mien thai .ir.(sl = , t r . , l ; ! - r / , ( s ) ? j , ( s l (3) gian tu thay doi trang thai xac lap cua qua trinh [8], e J ^ l = ?.,.(sj-c/-,(si.er,.(s! Dua vao cac tham sd do duac, ta cd the uac lupng cac tham so ham truyen cua qua trinh tu (7). So lupng Mijc tieu dieu khien thu hai la ehinh dinh eac bd dieu cac tham sd ham truyen duac udc luang bang sd lupng chinh Cl va C2 eho cac qua trinh g^ va g2 tuang ung. cac tham sd do duac. Ta cd the tinh duac md hinh ham Mdt dieu bat Ipi la trong thuc te rat it khi ta cd the cd truyen bac hai vdi hai diem cue va mpt diem "khdng" tijf duac ham truyen cua cac qua trinh mpt each chinh xac. cac tham sd do duac nhu sau: Automation Today 46 so 6 (82) 2007  •Nghien CLJU f^ T r a o d o i 1 A. A: l+sTf -rO A., (8) (7, = A. A._ t'. = CL A. e. Ta cung cd the tinh toan cac bd phan ly d^ va d2 tu cac tham sd do dupe cua qua trinh g^^ den g22. Cac i-^r.. • ^ controller tham sd cua bd phan ly d^ ed the dupe tinh toan b§ng each su dung bieu thuc sau: Hinh 3.Ket hop su dung bq Iqc bac mot voi bq phan ly d^ va d2 = VI (9) tinh toan lai tham sd al theo bieu thuc (7): A +,A Trong dd: (13) 2A. Sau khi cd dupe cac bd phan ly, ta se phai thuc hien ehinh dinh lai cac bd dieu chinh c^ va C2. Chpn caiu true bd dieu chinh PI: (10) .1, v(H = A" ei i I (14) - • * ' : : ' -^:,. ,1-| .J " Trong dd e(s) la sai lech dieu chinh va v(s) la dau ra A. 2.-J. .4,.. .J,,. eua bd dieu chinh (xem Hinh 2). Viec tinh toan tham sd A: cua cac bd dieu chinh cd the dupe thuc hien bang each A., ' A . ^• -J,- " SLl dung phuong phap chinh djnh MOMI [6-9]. Phuang phap chi yeu cau cd cac tham sd do dupe cua cac qua Cac he sd 21 va 22 bieu hien cho tham sd cua cac trinh g^ va g2 (3) de tinh toan tham sd bp dieu chinh. qua trinh g2i va 022 tuang ung. Doi vdi bp phan ly d2, chi sd di trong bieu thue (9) cd the thay the bang chi sd d2 trong khi dd he sd 21 va 22 trong bieu thuc (10) se 2[A.A.. -A.A: I (15) duac thay bang 12 va 11 tuang ung. Tu cac tham sd cd J^a. -0 " ^ duac (9), bd phan ly bac hai (d^ va d2) cd the dupe tinh K. toan tu (8). A; Trong mdt sd trudng hpp, khdng the dat dupe bd Cac tham sd cua qua trinh g^ va g2 (3) cd the dupe phan ly vat ly (he sd khueeh dai cao tan qua cao hoac tinh toan tu cac tham sd cua qua trinh con g^i den g22 bang vd cung). Trong trudng hpp nay, chung ta se them va tham sd eua bd phan ly d^ va d2 (9) nhu sau: bp lpc bac 1 vao bd phan ly nhu tren Hinh 3. Thdng thudng hang sd thdi gian cua b thi/c thu nhat cua qua trinh va do dap ung cua tat ca nghiem (Do thanh phan thuan vi phan), ta se phai su eac dau ra. Tu day ta cung se cd duac dap ung dung them bp lpc theo bieu thuc (11). ctja cac qua trinh con g^^ va g2i. Lap lai quy trinh r , = 0 . 1 2 5 : T, = 0 . 0 2 5 ^^^^ cho dau vao thu hai ta se thu dupe dap ung cua cac qua trinh con gi2 va g22- Tham sd cija bp dieu chinh PI se duac tinh theo eac • Tinh toan he sd khueeh dai qua trinh KPRij (Agy) cdng thuc tu (15) den (17): va cac tham sd (A^jj, A21J va A3JJ) bang each su dung tich phan rdi rac theo bieu thuc (4). A'l =0.906: K._^ =3.209 • Tinh toan cac tham sd cua bd phan ly tu (9). (21) • Tinh toan ham truyen cua bd phan ly (d-| va d2 A% =0.2S1: K, =0.524 trong Hinh 2) tu cac tham sd ed duac trong budc 3 Dap ung vdng kin dua tren cac thay doi diem dat va bieu thuc (8). cua ca hai dau vao cua bd dieu chinh dupe cho tren • Neu can thiet, them eac bd lpc va/hoac thay doi Hinh 4. Dap ung nay dupe dem so sanh vdi dap ung d^t ham truyen eua bd phan ly theo cac bieu thuc (11) dupe eua Menani va Koivo [4]. Bd dieu chinh PI da bien den (13). eua Menani va Koivo dupe tinh toan dua tren phuang • Tinh toan cac he sd eua dac tinh cua cac qua trinh phap tinh toan thiet ke bd dieu ehinh MOMO cua gi vag2tu(16)va(17). Maciejowski cho md hinh qua trinh ed duac tu phuang • Tinh toan tham sd cua bd dieu chinh PI (c^ va C2 phap kich thich ra le. trong Hinh 2) theo bieu thue (15) dua tren cac Ket qua eho thay dap ung vdng kin cua phuang tham sd cd dupe tu cac bude tren. phap MOMI eho ket qua rat tdt, dap ung kha nhanh va Chung ta cd the tai bd cdng cu Matlab de thuc hien thuc hien phan ly ly tudng. viec tinh toan tham sd bd dieu chinh phan ly tu [9]. Luu y: neu he sd khueeh dai K tinh ra (15) la qua The proposed mefhod cao (dac biet ddi vdi cac qua trinh ed bac tha'p), ta cd the gidi han den mdt gia tri nhat dinh. Sau dd ta se_ phai dua tren he sd khueeh dai mdi eua bd dieu khien de tinh lai hang sd thdi gian tich phan theo (15). Mpt s6 Ui du utig dung PhUdng phap MOMI Chung tdi gidi thieu hai vi du sau day de minh hpa cho phuang phap chinh dinh bd dieu chinh phan ly. Menan and Koivo. 1096 Truang hap 1: Vi du dau tien dupe thuc hien vdi md hinh da bien cua Menani va Koivo [4]: 0.5 -1 G(s) = - 1 -0,1s (18) 2.4 (l + 0 , l s ) ( l + 0 . 2 s | " 1 Tnoels] Theo quy trinh chinh dinh d tren, ta se thue hien hai Hinh 4. Dap ung vong kin cua qua trinh khi su dung bq dap ung budc nhay tai hai dau vao cua qua trinh. dieu khien phan ly cua tac gia de xuat (hinh tren) va Dau tien ta tinh duac he sd khueeh dai tinh cua qua khi su dung cac tham so do tVlenani va Kqivo de xuat (hinh duoi). trinh nhu sau: KPR11 = 0.5, KPR12 = -1, KPR21 = 1, KPR22 - 2.4. Sau dd ta se tinh toan dupe cac tham sd Truang hap 2: Al den A3 dua tren cac dap ung cua cac qua trinh con Vi du thu hai dupe thuc hien tren md hinh qua trinh b§ng tich phan rdi rac nhu md ta trong phan 3. Cac gia cdt Chung cat methanol-nudc do Ho va ddng su [2] va tri tinh toan cho g i i : A1=0.3, A2=0.115, A3=0.036, cho Menani va Koivo [4] de xuat. Automation Today 48 SO 6 (82) 2007  Nghien CLTU & Trao doi Ketluan 12.Sf' lS.9e~ Trong bai bao nay, chung tdi da de xuat mdt phuang l-Kr.Js I + 21.S (22) phap chinh dinh mdi dan gian han cac phuang phap 6.6c' '' -19.4«'''-' thdng thudng. Net mdi trong phuang phap de xuat sir dung de thiet lap tham sd cua qua trinh (tinh toan tham sd I 1-10.Pi l + ]4,4,s \), la khdng yeu cau phai md hinh hda qua tnnh mdt Thu tuc chinh dinh duoc thuc hien nhu vi vu tren, each chinh xac va ve can ban don gian hda dupe giai Cac he sd khueeh dai tinh eua qua trinh tinh duac nhu doan nhan dang (dap u'ng budc nhay vdng hd). Viec tinh sau: /